专利名称：用于寄生电流检测的方法和设备的制作方法
用于寄生电流检测的方法和设备本发明涉及一种用于在供电系统中进行寄生电流检测的方法，该供电系统包括至少一个电气单元、具有用于向该电气单元提供电力的输电线路的电网、和用于将电功率馈送到电网中的中心馈电设备，其中馈电设备连接至输电线路中的存在基准电位的第一输电线路，并连接至输电线路中的存在用于产生流过该电气单元的工作电流的电位的至少一个第二输电线路，其中第一输电线路通过第一输电线路的连接部的特定第一接地支路接地，所述连接部或者直接连接至馈电设备或者无支路。本发明还涉及一种用于实现该方法的设备。基准电位曾经连接至地的供电系统用于不同的应用领域。例如，具有用于产生工作电流的正电位和作为基准电位的接地负电位的24伏DC系统是分布广泛的。此外，例如已知230伏AC系统，其中存在于中性导体的基准电位(中性导体电位)至少在一个点接地(TN或TT系统)。在通过在接地基准电位(例如，负电位)条件下工作而供应任何类型的直流电压的应用中，已发现基准电位的多点接地可引起不可接受的影响和工作中断，并且甚至可能导致连接至所述系统的电气单元或馈电设备被破坏。由于所述多点接地，所以寄生的直流电流或任何频率的交流电流(简称寄生电流)能以线传导方式(流电地)渗透供电系统，并且能干涉工作参数。该类型的供电系统通常没有在关键的多点接地出现时进行显示的监测机构。因此，在大多数情况下初始地未能发现基准电位的多点接地。以前，已知用于检测寄生电流的系统解决方案，所述系统解决方案在第一输电线路的特定接地支路上监测作为接地故障电流的电流。所述监测装置理想地检测直流和/或交流电流，从而是对交流电流和直流电流都敏感的。如果由于已经具有接地基准电位的接地支路存在额外的接地连接，所以电流流过接地连接和第一输电线路或者由用于产生工作电流的未接地的电位叠加了电流，则例如由于设备的接地电位均等系统的电位差或者通过起动馈电设备本身，所以先前提及的监测装置检测该电流。一旦超过预定的阈值，就发出信号。然而，该检测方法具有的缺点是，在实践中出现的不可避免的叠加交流电流可导致发出故障信号，所述不可避免的叠加交流电流例如从EMC滤波器产生，还由诸如电气单元和馈电设备的线路系统和装置的自然固有电容产生。用于产生工作电流的在正常工作状况下未接地电位的接地故障在该情况下同样可导致发出故障信号。因此，本发明的目的是提供用于检测寄生电流的方法和用于实现该方法的设备，所述方法和设备能区别由叠加交流电流产生的信号与由寄生电流(系统寄生电流)产生的信号。该目的根据本发明由权利要求1和8中的特征部分实现。在从属权利要求中公开了本发明的有利实施例。采用根据用于检测供电系统中的寄生电流的本发明的方法，通过对工作电流与流过接地支路的接地故障电流进行比较来建立寄生电流(系统寄生电流)。为此，确定流过接地支路的接地故障电流，并且通过电流测量建立第二输电线路中的工作电流。换句话说，动态地实现确定接地故障电流和建立工作电流的所述两个过程，即实现为连续的或实际上连续的过程。该动态优选地以从OHz到近似IkHz的频率范围为特征。该方法使实际解决方案成为可能，该实际解决方案根据供电系统的工作电流的瞬时值，“隐蔽(ausgeblendet)”电容地耦联到供电系统的基准电位中或从所述基准电位耦联出的(寄生)电流，并形成动态指令量，用于与流过接地支路、即流过在基准电位与接地之间的线路的接地故障电流进行比较。根据本发明的有利实施例，通过至少在第二输电线路的一个连接部测量电流来建立供电系统的工作电流(负载电流)，所述连接部或者直接连接至馈电设备或者无支路。由于馈电设备是电网的中心馈电设备，所以该措施确保测量整个工作电流，即流过电气单元的总电流。根据本发明的另一有利实施例，为了比较而确定与接地故障电流成比例的第一量和与建立的工作电流成比例的第二量，并且通过建立所述两个量之间的差来进行比较。尤其地，所述两个量为电压量。在该情况下，用于确定流过接地支路的接地故障电流的传感器的输出量是与工作电流的实际值成比例的电压值，并且用于建立工作电流的设备的输出量是与工作电流成比例的电压值。特别地，两电压值通过规定的电压分配器转换成彼此能比较的量。尤其地，通过包括比较器的比较器电路进行比较。比较器电路优选地还包括电压分配器。两个电压分配器的输出被引导至比较器的输入。为了检测寄生电流，比较器确定对应量之间的差。与工作电流成比例的电压值是动态指令量，并且与接地故障电流成比例的电压值是与这些动态指令量比较的值。根据本发明的有利实施例，超过阈值的比较结果触发供电系统的信号输出和/或安全措施。在该情况下，尤其地提供多个阈值。例如，在偏差(差值)小的第一阈值时，输出信号“建议注意”。该类型的偏差的原因例如包括过高的泄漏电流和/或低的蠕变电阻(Niederohmigkeit)0如果超过进一步的更高的阈值，贝1J输出信号“需要注意”。如果超过该类型的进一步的阈值，则将采用多点接地。如果仍然超过更高的阈值，则从而可完全地或部分地断开系统。这种情形的原因例如可以是短路(高的DC部分)或过低的寄生电流部分。根据本发明的另一有利实施例，供电系统是直流电压系统，其中用于产生电流的电位与其基准电位之间的电位差大致恒定。上述表达“大致恒定”允许由可能总是存在于这样的系统的负载所引起的电压波动。尤其地，在直流电压系统的情况下，馈电设备是转换器或包括转换器。根据本发明的替代性实施例，供电系统是交流电压系统，其中基准电位是中性导体电位、尤其地接地中性导体电位(TN或TT系统)，并且用于产生电流的至少一个电位是围绕基准电位周期性地变化的相电位。交流电压系统在该情况下可以是单相交流电压系统或多相交流电压系统。典型的多相交流电压系统是三相系统。尤其地，在交流电压系统的情况下，馈电系统是变压器或包括变压器。根据本发明的用于实现上述方法的设备包括(a)对交流电流和直流电流都敏感的传感器，其用于确定流过接地支路的接地故障电流；(b)装置，其用于在第二输电线路的至少一个连接部测量电流，并用于确定来自所述至少一个连接部的工作电流；以及(C)比较器电路，其包括用于确定与接地故障电流成比例的第一量和与建立的工作电流成比例的第二量，并包括用于比较两个量的比较器。由用于电流测量的传感器和/或装置实现的电流的实际值的检测是对交流电流和直流电流都敏感的，换句话说是对直流电流和交流电流部分敏感的。比较器电路优选地形成在微控制器(μ C)中，所述微控制器(μ C)还包括用于信号制备和信号评估的模块。根据本发明的有利实施例，装置包括两个电压分配器，所述两个电压分配器的输出连接至比较器的输入，使得能传送信号。比较器电路从而包括在优选地为可电子编程的比较器的上游连接的两个电压分配器。所述两个电压分配器可选择地通过电位计/DIP开关形成。采用超过一个的第二输电线路，需要另外的电压分配器。取决于系统的类型，合适地准备所述电压分配器的信号，然后将所述信号馈送至比较器。根据本发明的优选实施例，设备包括通过将比较量与预定的阈值比较用于评估所述比较量的评估单元。如果比较量超过阈值，则评估单元将信号输出至例如信号输出装置。根据本发明的另一有利实施例，设备适于在从OHz到至少2kHz、优选地从OHz到至少20kHz的动态范围内的检测。寄生电流典型地通过电容接地在该频谱中产生。最后，设备不仅通常是合适的，而且有利的是还特别适合于实现上述方法。对交流电流和直流电流都敏感的传感器适合于确定流过接地支路的接地故障电流。用于测量电流的装置适合于在第二输电线路的至少一个另外连接部测量电流，并建立来自所述至少一个另外连接部的工作电流。比较器电路中的装置适合于确定与接地故障电流成比例的第一量和与建立的工作电流成比例的第二量，并且比较器电路中的比较器适合于将两个量比较。本发明最后还涉及包括馈电设备和实现用于寄生电流检测的所述方法的上述设备的馈电电流与寄生电流检测设备。特 别地，馈电设备和用于寄生电流检测的设备地布置在馈电电流与寄生电流检测设备的共用壳体中。在下文中将参考附图并基于优选实施例更详细地说明本发明。
图1示出包括用于供给电功率的馈电设备并包括具有第一和第二输电线路的电网的供电系统，其中接地的基准电位存在于第一输电线路；图2示出具有多次电容地接地的基准电位的图1的供电系统；以及图3示出具有用于供电系统中的寄生电流检测的设备的图1的供电系统。图1示出了供电系统10，所述供电系统10包括用于将电功率馈送到供电系统10的电网14中的中心馈电设备12。多个电气单元16连接在电网14中，并由馈电设备12供电。电网14形成为DC电网14，并包括两个输电线路18、20。形成为负电位的基准电位φ (“负电位”)存在于第一输电线路18，并且比基准电位φ 高的电位φ2(“正电位”)存在于第二输电线路20，以产生通过电网14的工作电流。两电位φ 、φ2之间的电位差(Δφ=φ2-φ1 )是恒定的。电网14从而是以恒定电压供电的电网。具有基准电位φ 的第一输电线路18在电24处通过特定接地支路22连接至地电位。或者接地支路22是第一输电线路18的连接部26的一部分，或者所述连接部26无支路。图2示出了在远至第一单元的馈电设备12的区域中的供电系统10。在该情况下，第一输电线路18不仅经由特定接地支路22连接至基准电位φ ，而且在另一点24’处经由线路电容器28电容地连接至地电位，并且在又一点24"处经由单元电容器30连接至地电位。地电位的不同的点24、24’、24"又经由(特定的)接地电阻32电互连，使得产生或者被称为接地环路的三个寄生电流电路34、36、38。这些寄生电流电路34、36、38中的每个寄生电流电路在该情况下经过接地支路22。通过确定流过接地支路22的接地故障电流,从而能够确定寄生电流电路34、36、38的总电流。图3所示的用于寄生电流检测的设备40包括为此目的的对应的传感器42。图3于是示出了供电系统10的与在图2中的相同的部分，其中代替寄生电流电路34、36、38示出了用于寄生电流检测的设备。除用于确定流过接地支路22的接地故障电流的传感器42之外，设备40具有用于在另一无支路的连接部44处测量电流并建立工作电流46的装置。设备40还具有比较器电路48，所述比较器电路48包括用于确定与接地故障电流成比例的第一量Vl和与工作电流成比例的第二量V2的装置50，并包括比较器52。装置50包括两个电压分配器54、56，以匹配所述两个量。通过设备40，于是通过工作电流与流过接地支路22的接地故障电流的动态比较来建立寄生电流。为此，通过传感器42确定与接地故障电流成比例的第一量VI，并通过用于测量电流的装置46确定与建立的工作电流成比例的第二量V2，两个量V1、V2通过装置50彼此匹配并通过比较器52用减法彼此比较。本发明50在该情况下包括用于匹配形成为电压量的量V1、V2的两个电压分配器54、56。然后又通过评估单元58将比较的结果与阈值S比较。所述评估单元58连接至信号输出60，并且这样通过线路连接至所述信号输出60，以便使得如果所述比较 结果超过阈值S，则所述信号输出60输出一信号。该信号例如指示将在供电系统10内采用多点接地。实现了以下优点根据本发明的方法描述了用于“隐蔽”电容地耦联到具有基准电位φ2的供电系统10的线路中或从所述线路耦联出的电流的实际解决方案。为此，取决于工作电流的瞬时值(工作电流的实际值)为接地支路中的电流检测的评估单元58形成动态指令量。该指令量在评估单元58中与可单独预定的相对阈值比较。如果达到和/或超过该阈值，则促使信号输出60发出信号。可选择地隐蔽或附加地检测接地故障电流。采用这样的解决方案，由于系统相关的电容器28、30存在于该供电系统10,但为了识别从该值向上偏离的电容电流并且为了一旦达到或超过阈值就触发对应的信号输出，所以在供电系统的正确地运行的正常工作状态下能够允许朝地电位的可允许的泄漏电流。一方面，从而识别系统接地(基准电位φ2)与地电位之间的电阻层，另一方面，还识别取决于系统负载电流的电容故障电流。该组合在没有由系统相关的电容泄漏电流触发的意外信号输出的情况下，导致实现了对多点接地或蠕变绝缘电阻降低的识别。强电流领域已知的由EMC滤波器所引起的泄漏电流的最高可允许的量是ImA/kW。通常由在表示上述情形的EMC设备的领域中的从业者采用具有工作电流的O. 5%至1%的总泄漏电流。如果将供电系统10的瞬时工作电流作为基值，并且由此得到例如1%或2%的相对阈值，则根据工作电流动态地修改该阈值。从而依据负载变化对泄漏电流的影响而“滑动地”检测负载变化的复杂作用。仅绝缘状态的实际变化形成信号输出的基础。从而隐蔽由滤波器所引起的泄漏电流。为此目的仅评估由于蠕变绝缘电阻降低导致的电流。与强电流领域形成对比，预防性的防火(300mA)或防触电(30mA)不是重要的标准，而是在正常工作状况下未检测从DC频率范围到较低的MHz范围内的耦合寄生电流的影响的风险(由可导致不正确工作的叠加电压所引起的硬件破坏和信号失真)。该方法 能适用于现有的设备和新的设备。在适用于现有设备的情况下，设备40被引入供电系统10的系统线路，并且评估单元58可与所述系统线路分开布置。所述设备40适用于新的设备。附图标记列表供电系统10馈电设备12电网14电气单元16第一输电线路 18第二输电线路 20接地支路22具有地电位的点24、24’、24”连接部26线路电容器28单元电容器30接地电阻32寄生电流电路34、36、38用于寄生电流检测的设备40传感器42另外的连接部44装置46比较器电路48装置50比较器52电压分配器54、56评估单元58信号输出60。
权利要求
1.一种用于在供电系统(10)中进行寄生电流检测的方法，所述供电系统(10)包括至少一个电气单兀(16)、具有用于向所述电气单兀(16)供电的输电线路(18、20)的电网(14)、和用于将电功率馈送到所述电网(14)的中心馈电设备(12)，其中，所述馈电设备(12)连接至所述输电线路中的存在基准电位(φ )的第一输电线路(18)，并连接至所述输电线路中的存在用于产生通过所述电气单元(16)的工作电流的电位(φ2)的至少一个第二输电线路(20)，其中，所述第一输电线路(18)通过所述第一输电线路(18)的连接部(26)的特定第一接地支路(22)接地，所述连接部(26)直接连接至所述中心馈电设备(12)或者无支路，其特征在于， 通过将所述工作电流与流过所述接地支路(22)的接地故障电流进行比较来建立所述寄生电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在所述第二输电线路(20)的至少一个另外的连接部(44)中测量电流来建立所述工作电流，所述另外的连接部(44)直接连接至所述中心馈电设备(12)或者无支路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了比较而确定与所述接地故障电流成比例的第一量和与所述已建立的工作电流成比例的第二量，并且通过建立所述两个量之间的差来进行比较。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过包括比较器(52)的比较器电路(48)进行所述比较。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，超过阈值的比较结果触发所述供电系统(10)的信号输出和/或安全措施。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述供电系统(10)是直流电压系统，其中用于产生电流的电位(φ2 )与所述基准电位(φ )之间的电位差基本上恒定。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述供电系统(10)是交流电压系统，其中所述基准电位是中性导体电位，并且用于产生所述电流的至少一个电位是围绕所述基准电位周期性地变化的相电位。
8.一种用于实现根据权利要求1至7中的任一项所述的方法的设备(40)，其特征在于包括 AC/DC敏感型传感器(42)，用于确定流过所述接地支路(22)的所述接地故障电流； 装置(46)，用于测量所述第二输电线路(20)的至少一个另外的连接部(44)处的电流，并用于建立来自所述至少一个另外的连接部(44)的所述工作电流；以及 比较器电路(48)，其包括用于确定与所述接地故障电流成比例的所述第一量和与所述已建立的工作电流成比例的所述第二量的装置(50)，还包括用于比较所述两个量的比较器(52)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述装置(50)包括两个电压分配器(54、56)，所述两个电压分配器(54、56)的输出端连接至所述比较器(52)的输入端，以便能够传送信号。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述设备包括用于通过将比较量与预定的阈值(S)相比较来评估所述比较量的评估单元(58)。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的设备，其中，所述设备(40)适于在从OHz到至少2kHz的动态范围内进行检测。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的设备，其中，所述设备(40)适合于实现根据权利要求8至12中的至少一项所述的方法。
13.一种馈电电流与寄生电流检测的设备，其包括根据权利要求8至12中的至少一项所述的馈电设备(12)和用于寄生电流检测的设备(40)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在供电系统(10)中进行寄生电流检测的方法，该供电系统(10)包括至少一个电气单元(16)、具有用于向所述电气单元(16)供电的输电线路(18、20)的电网(14)、和用于将电功率馈送至电网(14)的中心馈电系统(12)，其中馈电系统(12)连接至存在基准电位的第一输电线路(18)，以及连接至存在用于产生通过所述电气单元(16)的工作电流的电位的至少一个第二输电线路(20)，其中第一输电线路(18)通过第一输电线路(18)的连接部(26)的特定接地支路(22)接地，所述连接部(26)直接连接至馈电系统(12)或者无支路。根据本发明，通过比较工作电流与流过接地支路(22)的接地电流来确定寄生电流。本发明还涉及一种用于实现所述方法的设备(40)。
文档编号G01R31/02GK103069287SQ201180038314
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月4日
发明者格哈德·沃尔夫 申请人:菲尼克斯电气有限两合公司